(c) Graphicstock

Chytrá pěna dokáže rozpoznat vlastní deformace

Elastickou pěnu, která umí sama detekovat vlastní deformace, nedávno vyrobili vědci z americké Cornellovy univerzity. Jejich systém využívá k měření tvarových změn optická vlákna a techniku strojového učení. Výzkum by mohl vést k vývoji měkkých robotů, kteří budou schopni citlivě vnímat změny ve svém okolí a snáze se vyrovnávat s poškozením.

Robota si lidé často představují jen jako neohebný stroj z kovu nebo plastu. Jenže v posledních letech se o slovo čím dál častěji hlásí odvětví zvané „soft robotics“. Cílem měkké robotiky je – jak už název napovídá – výroba robota, který bude měkký, ohebný a v mnoha ohledech podobný živým organismům.

Aby roboti mohli co nejlépe využívat všech svých schopností, potřebují znát svůj tvar a „cítit“ deformace. To jim zajistí lepší schopnost pohybu a umožní, aby se sami chránili a zotavovali z případného poškození. Běžný robot, který pracuje autonomně, se snadno poškodí, přesto může dál pokračovat v určitém pohybu a dostat své končetiny do zcela jiné pozice, než která odpovídá požadované činnosti.

V předchozích pokusech sestrojit „samocítící“ systém vědci využívali senzory, které byly přimontovány k povrchu nebo byly do povrchové vrstvy zapuštěny. Každý z těchto detektorů registroval jinou specifickou veličinu, třeba změny tlaku nebo pohyb končetin robota. Takové systémy však poskytují jen omezené informace o celkovém tvaru a rozmístění jednotlivých prvků a vůbec žádné informace o změnách těchto parametrů. Pro vyřešení tohoto problému je potřeba mít k dispozici analogii pokožky anebo vnitřní senzory, které budou pracovat jako nervový systém živých organismů.

Problémem se teď zabývali fyzici a technici z Organic Robotics Laboratory na Cornellově univerzitě v New Yorku. Aby dokázali takový systém vyvinout, použili optická vlákna a silikonovou pěnu. Pole 30 optických vláken umístili do silikonové pěny, kterou pak více než 2 000krát ohýbali a kroutili. Přitom měřili změny intenzity světla, které opouští optické pole.

Optická vlákna přenášejí světlo do pěny, to se tam rozptyluje a část světelného záření proniká zpět do vláken. Když se pěna deformuje, intenzita světla, vracejícího se do optických vláken, se mění. Tyto změny fyzici použili k vypracování modelu, který mapuje vzájemnou závislost změn intenzity světla a velikost deformace pěny.

To jim umožnilo vycvičit systém strojového učení tak, že by nakonec mohl se 100% přesností určovat, jakým směrem byla pěna ohýbána a kroucena. Velikost deformace navíc bylo možné určit se střední chybou pouhých 0,06°. Pěna se ohýbala a kroutila v rozsahu až 180°.

Současný model „chytré“ elastické pěny používá silný zdroj světla a kameru. Ty jsou umístěné mimo pěnu, což by však pro autonomní roboty bylo velice nepraktické. V praxi proto bude třeba světelný zdroj i kameru nahradit mnohem menšími elektroluminis­cenčními diodami a fotodiodami a ty společně s optickými vlákny zabudovat do snadno tvarovatelných spouštěčů a pohonných jednotek robotického systému.

Systém zatím umí detekovat pouze čtyři druhy deformací. Vědci však věří, že s pomocí technik umělé inteligence budou schopni vytvořit modely, které budou rozpoznávat i jiné změny tvaru, a dokonce i zcela nahodilé deformace. Dokud určitá deformace způsobuje změny v rozptylu světla, je podle vědců možné vytvořit i model, který ji bude schopen detekovat.

Měkký robot, který cítí svůj tvar, se bude snadněji ovládat než současné robotické systémy. Mohl by se tak stát třeba užitečným pomocníkem v domácnosti. Poznatky z výzkumu amerických vědců by mohly najít uplatnění také například v oblasti protetiky a přispět k vývoji pohodlnějších a funkčnějších protéz, které budou schopny provádět daleko složitější úkony než ty dnešní.

Výzkum byl popsán v Science Robotics.

autor: Jana Štrajblová
Převzato z Matfyz.cz

Pozvánka:
Jeden den s fyzikou
Čtvrtek 14. února 2019, areály Karlov a Troja
Den plný přednášek, exkurzí, experimentů – prostě setkání s fyzikou v budovách MFF UK. Tuto tradiční akci pořádáme pro středoškoláky, jejich pedagogy i pro příznivce fyziky z řad veřejnosti. Nabízí zajímavé experimenty a demonstrace, prohlídku špičkových zařízení na vědeckých pracovištích i rozhovory s pedagogy a studenty Matfyzu.
Podrobnosti/program

Dioda z excitonů: složité klastry děr a elektronů

Na Vídeňské technické univerzitě přišli s možným využitím podivných částic, tzv. excitonů, které mohou vznikat …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close